Выбор мощность лазера для резки металла в зависимости от материала

Это одна из самых современных технологий, используемых не только на производстве, но и в небольших мастерских. Данный способ при правильном подборе вида оборудования подходит практически для всех металлов, позволяет делать обычную и художественную (фигурную) резку. Чтобы добиться хороших результатов, необходимо ориентироваться в технологиях и принципах работы этого оборудования.

Мощность лазера для раскроя металлических заготовок различной толщины

Резка лучом лазера термическая, дает возможность добиться точности, почти полностью исключающей необходимость в дальнейшей обработке. Чтобы повысить эффективность, применяются различные газы: кислород, углекислый газ, азот, водород, гелий, аргон. Выбор зависит от вида материала, толщины заготовки, планов по поводу последующей обработки. Если для раскроя требуется очень высокая температура, используется кислород. Для работы с цирконием или титаном подходит только аргон.

Любой лазерное оборудование состоит из:

• механизма (системы), обеспечивающего подачу энергии;
• тела, генерирующего луч (твердого, волоконного, в виде смеси газов);
• зеркал (резонатора).

В твердотельное лазерное оборудование размещается диод и стерженек, изготовленный из рубина, неодима или граната. В волоконных лазерах элементом, генерирующим луч, (иногда и резонатором) служит оптическое волокно. В газовом оборудовании используются газы или их смеси. Мощность и сфера применения полностью зависят от вида оборудования:

• твердотелые (для латуни, меди, алюминия и сплавов из него) – 1-6 кВт;

• газовые – до 20 кВт;

• СО2-лазеры (для любых тонких металлических заготовок) – 600-8000 кВт;
• газодимамические – от 150 кВт.

Для резки металла мощность лазера 450-500 Вт (кроме цветных металлов, для которых требуется от 1 кВт). Наиболее эффективен этот способ при толщине заготовок, толщина которых не превышает 6 мм. При 20-40 мм лазерное оборудование применяется редко. Для металла большой толщины лазерная резка (от 40 мм) почти не встречается.

Зависимость мощности от толщины заготовки

Процесс [ править | править код ]

Для лазерной резки металлов применяют технологические установки на основе твердотельных, волоконных лазеров и газовых CO2-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах излучения. Промышленное применение газо-лазерной резки с каждым годом увеличивается, но этот процесс не может полностью заменить традиционные способы разделения металлов. В сопоставлении со многими из применяемых на производстве установок стоимость лазерного оборудования для резки ещё достаточно высока, хотя в последнее время наметилась тенденция к её снижению. В связи с этим процесс лазерной резки становится эффективным только при условии обоснованного и разумного выбора области применения, когда использование традиционных способов трудоемко или вообще невозможно.

Лазерный диод для резки металла

Лазерный диод для резки металла – полупроводниковый лазер, сконструированный по принципу p-n гомоструктурного диода. Полупроводником служит пластина, верхний слой которой создает n-области (отрицательную), нижний — p-область (положительную). Переход p-n сравнительно большой и плоский. Торцы по бокам служат резонаторами. Фотон, который движется перпендикулярно, отражается от торцов несколько раз, только потом сможет выйти.

В процессе прохода вдоль торцов создаются новые фотоны, излучение усиливается, начинается генерация луча. В момент выхода он сильно расходится, поэтому собирается линзами. Лазерные диоды для резки металла с большой мощностью (10 микрометров) дополнительно излучают углекислый газ (CO2).

Важно! Оборудование этого типа отличается повышенной производительностью, сравнительно низкой стоимостью

Усиление самодельной установки

Для усиления мощности и плотности луча, который и является главным режущим элементом, следует приготовить:

• 2 «кондера» на 100 пФ и мФ;
• Сопротивление на 2-5 Ом;
• 3 аккумуляторные батарейки;
• Коллиматор.

Ту установку, которую вы уже собрали можно усилить, чтобы в быту получить достаточно мощности для любых работ с металлом. При работе над усилением помните, что включить напрямую в розетку ваш резак будет для него самоубийством, поэтому следует позаботиться о том, чтобы ток сперва попадал на конденсаторы, после чего отдавался батарейкам.

При помощи добавления резисторов вы можете повысить мощность вашей установки. Чтобы еще больше увеличить КПД вашего устройства, используйте коллиматор, который монтируется для скапливания луча. Продается такая модель в любом магазине для электрика, а стоимость колеблется от 200 до 600 рублей, поэтому купить ее не сложно.

Дальше схема сборки выполняется так же, как было рассмотрено выше, только следует вокруг диода накрутить алюминиевую проволоку, чтобы убрать статичность. После этого вам предстоит измерить силу тока, для чего берется мультиметр. Оба конца прибора подключаются на оставшийся диод и измеряются. В зависимости от нужд вы можете урегулировать показатели от 300 мА до 500 мА.

После того, как калибровка тока выполнена, можно переходить к эстетическому декорированию вашего резака. Для корпуса вполне сойдет старый стальной фонарик на светодиодах. Он компактный и умещается в кармане. Чтобы линза не пачкалась, обязательно обзаведитесь чехлом.

Хранить готовый резак следует в коробке или чехле. Туда не должна попадать пыль или влага, иначе устройство будет выведено из строя.

СО2 лазер (углекислый) для раскроя металла

Углекислые лазеры обладают характеристиками, делающими их идеальными для раскроя в промышленности. Первое — длинные инфракрасные волны, идеальные для нагрева. Второе — высокая эффективность (от 30%). Использование углекислого газа делает срез более гладким (если сравнивать с оборудованием со стекловолокном). Расширяется сфера применения, инвестиции быстро окупаются.

Недостаток СО2 лазер для резки металла – необходимость в оптических зеркалах, оснащенных сапфировыми элементами и золотом. Кроме того, этот вид оборудования требует высокого электрического разряда на этапе формирования луча. Для резки металла (нержавеющей стали, алюминия) толщиной 2 мм достаточно мощности 160 Вт, если применяется лазер этого типа. При повышении мощности до 200 Вт можно резать листы толщиной 3 мм.

На что способен 2.1 Вт лазер?

2.1 Вт лазер — это относительно небольшая мощность для лазера. Её достаточно для эффективной резки бумаги, картона, фанеры, тёмного акрила толщиной до 1–1.5 мм. Хоть этот лазер скорее оптимален для гравировки, но всё же резка возможна на относительно хорошей скорости. Картон и бумага практически не обугливаются при скорости резки 200–300 в программе CNCC LaserAxe.

Конечно, играет немалое значение, цвет материала и сама структура. Когда мы говорим про эффективную резку, мы имеем ввиду чистый не обугленный срез. Опять же хочется напомнить, что многие китайские лазеры не имеют заявленной мощности и очень сильно не соответствуют заявленным параметрам.

Вот пример того, что можно вырезать 2.1 Вт лазером.

Длина волны лазера для резки металла

На поглощение материалом лазерного луча существенно влияют качества волны: длина и спектр. Длина волны лазера для резки металла полностью зависит от вида материала. Если рассматривать волоконный лазер, то один его узел создает луч с волной 1 мкм (миллимикрон). Если требуется более длинный луч, используется сумматор, объединяющий лучи нескольких модулей. Показатели твердотелых моделей отличаются мало – длина волны так же 1 мкм. Эти виды лазеров являются идеальным вариантом для резки практически всех видов металлов (даже благородных). Для резки металла (нержавейки) 20 мм мощность волоконного лазера – от 2 кВт.

В углекислых лазерах длина волны достигает 10,6 мкм, что создает более высокую плотность на обрабатываемой поверхности. Этот вид оборудования применяется для раскроя стекла, древесины, стеклопластика, демонстрируя высокое качество резки даже при большой толщине.

При выборе оборудования мало изучить технические характеристики: тип излучателя, мощность, длину волны, точность и качество реза. Важно точно определить требования конкретного производства. Мощность лазера для резки металла (например, нержавейки) толщиной 3 мм не может быть ниже 500 Вт. В противном случае снизится производительность, материал будет перегреваться. На первый взгляд может подойти СО2-лазер требуемой мощности. Но в данном случае необходимо учесть длину волны, которая не совсем подходит для металлических заготовок.

Совет! Чтобы не ошибиться, перед покупкой необходимо все точно рассчитать или посоветоваться с квалифицированным специалистом.

Преимущества [ править | править код ]

Лазерная резка осуществляется путём сквозного прожига листовых металлов лучом лазера. Такая технология имеет ряд очевидных преимуществ перед многими другими способами раскроя:

• Отсутствие механического контакта позволяет обрабатывать хрупкие и легко деформирующиеся материалы;

• Обработке поддаются материалы из твёрдых сплавов;

• Возможна высокоскоростная резка тонколистовой стали;

• При выпуске небольших партий продукции целесообразнее провести лазерный раскрой материала, чем изготавливать для этого дорогостоящие пресс-формы или формы для литья;

• Для автоматического раскроя материала достаточно подготовить файл рисунка в любой чертёжной программе и перенести файл на компьютер установки, которая выдержит погрешности в очень малых величинах.

Оптимальная мощность и принцип работы

Большинство новичков не понимают, как функционирует устройство и что для этого требуется делать. Чтобы понять принцип работы, достаточно посмотреть, как выполняют гравировку или раскрой на производственных участках.

Первое, что делает оператор – садится за компьютер и создает определенную форму в соответствующем графическом редакторе. Во втором пункте, он прописывает все проходы лазерного луча. После чего информация передается на станок, и процесс начинается.

Чтобы произвести разрез, требуется всего лишь указать толщину материала и запустить аппарат. Все операции происходят автоматически, человеку следует только следить за правильным выполнением работы.

Большая часть предприятий или домашних мастерских стараются покупать малоформатные станки. В основном их приобретают для работы с фанерой и выполнения гравировки на нержавеющей стали. Мощность излучателя составляет 40 Вт, для таких целей подобного значения достаточно. Но также продаются аппараты, имеющие 60-80 Вт и выше. Они больше ориентированы на профессиональную сферу, где необходимо каждый день проводить операции по разрезу с различными материалами.

Защита волоконного лазера от отражённых лучей

Важно понимать, что отдельные металлы представляют определённую опасность для лазера, которым их обрабатывают. Это обусловлено свойственным им значительным коэффициентам отражения.

Достоинства продукции IPG заключается в том, что в ней конструктивно предусмотрена защита волоконных излучателей от возникающих отражённых лучей.

Лазеры данного бренда предлагаются в двух вариантах исполнения защиты:

• LK – имеют пассивную систему, датчики которой ловят переотражения и информируют оператора о выявленной опасности;
• LS – активная система. Позволяет нивелировать выявленные опасные отражения. Прерывать работу для этого не придётся.

Станки в исполнении второго типа являются лучшим решением для обработки заготовок из таких материалов, как алюминий, латунь, зеркальная нержавейка, медь.

Ещё одним бесспорным преимуществом продукции IPG является лучший Гауссов пучок, что обеспечивает более стабильный рез. Однако на толщину прорезаемых заготовок и скорость резки это не влияет.

УРА! Станок пришел!

Давеча позвонили мне из Желдорэкспедиции (транспортная компания), сказали, что пришел мой станок. Доставка из Китая до Оренбурга заняла примерно полтора месяца. Как и заявляет продавец, все транспортные расходы он берет на себя. Я просто приехал в пункт выдачи, поставил подпись и забрал станок. Ни копейки доплачивать не пришлось, ни за таможенные сборы, ни за доставку. Приятная приятность). Вес посылки 84кг, тяжеловат, одному не погрузить/разгрузить. Но в машину поместился прямо «пуля в пулю».

Рейтинг лучших моделей среднего ценового сегмента

TS 1060 (100W, W4 RECI)

Надежный прибор, предназначенный для проведения качественной резки и гравировки любых материалов, кроме металлических. Аппарат отлично подойдет для рекламной сферы, где необходимо наносить логотипы на акрил, пластик, бумагу и т.д.

Система управления отличается высокой надежностью и долговечностью. Интерфейс будет понятен даже неопытному пользователю. Кроме того, продукт отличается высокой точностью, благодаря качественным направляющим, которые перемещают лазерную головку без задержек. Для большего удобства используется сквозной тип стола, благодаря которому человек может разрезать длинные изделия.

Мощность лазерной трубки составляет 80 Вт, при этом срок службы – 10000 часов. Управление осуществляется посредством встроенного ЖК-дисплей, на котором имеются соответствующие клавиши. Поддерживается возможность установки USB накопителя.

Продается по цене: от 306 000 рублей.

станок для лазерной резки TS 1060 (100W, W4 RECI)

Достоинства:

• Прочность;
• Удобная эксплуатация;
• Высокая точность;
• Эффективность;
• Производительность;
• Срок службы излучателя;
• Оптимальная стоимость.

Недостатки:

• Не обнаружено.

Bodor BCL0605MU

Небольшое устройство, предназначенное для профессиональной резки, а также для гравировки неметаллических изделий. Благодаря компактным размерам, прибор можно установить практически в любое место.

В конструкции предусмотрены специальные отверстия, которые удаляют неприятные запахи. Чтобы было легче наблюдать за состоянием заготовки, используется специальное окно. Стол выполнен из нержавеющей стали, чтобы поднять его, задействуется специальный винт.

Особенность электрического двигателя – низкий уровень шума и вибрации. При этом обеспечивается высокая точность и производительность.

Продается по цене: от 362 000 рублей.

станок для лазерной резки Bodor BCL0605MU

Достоинства:

• Высокий срок службы;
• Качественный процессор;
• Точность;
• Производительность;
• Дизайн;
• Поддержка Wi-Fi.

Недостатки:

• Не выявлено.

GM-1610 Reci W4, Чиллер CW500

Надежный вариант, который позволяет обрабатывать камень. Особенность конструкции – возможность быстрой разборки корпуса для проведения технического обслуживания. Для управления аппаратом присутствует специальный блок.

Мощность лазера – 80 Вт. Скорость гравирования составляет 700 мм в секунду. Максимальная толщина материала для раскроя – 20 мм. Рекомендуется использовать устройство при температуре от 10 до 45 градусов. Для охлаждения лазера применяется водяное охлаждение. Питается от сети 220 В.

Средняя стоимость – 450 000 рублей.

станок для лазерной резки GM-1610 Reci W4, Чиллер CW500

Достоинства:

• Понятное ПО;
• Простое обслуживание;
• Эффективность;
• Точность;
• Срок службы излучателя – 5000 часов.

Недостатки:

• Не обнаружено.

Марки гравировальных станков

Представляем оборудование самых известных европейских производителей.

Граверы серии SHARPMARK FIBER от компании SHARPLASE

Лазерные волоконные станки SHARPMARK FIBER выполняют широчайший набор производственных операций:

• гравировку, маркировку и резку металла, пластика, камня, кожи, различных полимеров;
• гравировку и маркировку изделий и деталей, используемых в промышленности;
• гравировку ювелирных изделий;
• гравировку сувениров, подарков, предметов фирменного стиля;
• изготовление печатей и штампов;
• 3D гравировку;
• нанесение фотореалистичных изображений и многое другое.

Эти станки состоят из 3 модулей: лазерного излучателя, маркирующего модуля и рабочего стола. Оборудование имеет малый вес и компактные габариты. При необходимости граверы могут быть доукомплектованы дополнительным оборудованием.

Граверы комплектуются излучателями IPG Photonics. Рабочий стенд оборудован винтом перемещения по оси Z с частым шагом резьбы. Это дает возможность устанавливать фокусное расстояние с точностью до 0,01 мм. Точность маркировки составляет до 5 микрон, повторяемость до 2-х.

Возможности программного обеспечения:

• управление лазерным станком;
• мониторинг и тестирование лазерного оборудования в реальном времени,
• импорт графической информации в форматах: *.BMP, *.JPG, *.DFX, *.STL;
• поддержка всех шрифтов TRUE TYPE;
• поддержка векторного и растрового режимов работы;
• работа с текстовыми и графическими изображениями;
• работа с трехмерной графикой, задание глубины каждого уровня;
• вращение, отражение, масштабирование, группировка изображений;

Станки оснащены системой световой идентификации, которая информирует пользователя о выполнении работы, возникновении ошибок и неисправностей.

Лазерные станки TruMark серии 5000 производства компании TRUMPH

Волоконные лазеры TruMark серии 5000 – это универсальные станки для нанесения маркировки и выполнения некоторых других задач.

Функциональные возможности лазеров TruMark:

• высокоскоростное нанесение текстовой маркировки различными методами: — изменение цвета поверхности; — глубокая гравировка; — изменение цвета материала; — снятие слоев с поверхности; — вспенивание – применяется для нанесения выпуклых надписей;
• структурирование поверхностей;
• лазерная очистка поверхностей.

Лазеры предназначены для работы с металлами, синтетическими материалами, стеклом, кремнием, керамикой и органическими материалами.

В станках TruMark сочетаются высокая мощность, высокие импульсные частоты и вариативная длительность импульса, благодаря чему достигается прекрасная производительность этого оборудования. Повышенная частота импульсов – это особенность лазеров TruMark, обеспечивающая высокую скорость их работы. Длительность импульсов можно настраивать в соответствии с видом обрабатываемого материала и производственной задачей. Мощность можно контролировать с помощью встроенной системы измерения и при необходимости корректировать. Быстрая настройка положения фокуса осуществляется благодаря изменению диаметра лазерного луча. Система корректировки положения фокуса управляется через программное обеспечение TruTops Mark и позволяет за один ход маркировать ступенчатые детали, не перемещая их механически.

Возможности программного обеспечения TruTops Mark:

• функция нанесения надписей;
• создание и упорядочивание графических объектов в редакторе CAD;
• возможность создавать программы, управляющие полным циклом нанесения надписи, благодаря программированию алгоритмов QuickFlow;
• сохранение оптимизированных параметров в базе данных для повторного использования;
• диагностический инструмент, применяемый для визуализации и анализа измерений, полученных сенсорами;
• управление параметрами лазера и интерфейсами.

Станки имеют модульную конструкцию, модули быстро подключаются через штекерные соединения.

Системы лазерной маркировки и гравировки INFIBER от Олтэк Фотоника

INFIBER – это высокопроизводительные волоконные лазерные граверы и маркеры предназначенные для нанесения маркировки на различные виды материалов. Эти станки востребованы в разных отраслях промышленности: электронное приборостроение, производство бытовой техники, машиностроение, высокоточная металлообработка, производство медицинских инструментов.

Лазерные маркеры INFIBER позволяют наносить логотипы, даты, серийные номера, линейные и двухмерные штрих-коды и т.д.

Преимущества моделей INFIBER:

• сверхкомпактная алюминиевая маркировочная головка с классом защиты IP 64;
• встроенный программируемый контроллер «Green Spot», обеспечивающий мгновенное визуальное отображение сигнала на маркируемой поверхности;
• поддержка инновационного ПО Lighter Marvis;
• встроенный режим SLO (Safe Laser Off) c двойным реле для блокировки мощности лазера, а также поддержания режима лазерного управления с двойной обратной связью;
• бесшумные операции;
• встроенные протоколы связи: Ethernet TCP/IP — Ethernet IP и ProFinet (1Q2019).

Влияние холостого хода станка на скорость лазерной резки

Подвод устройства к начальной точке резания по программе осуществляется на скорости, значительно большей, чем при резании. Она называется скоростью холостого хода и применяется для сокращения общего технологического времени на обработку детали. Диапазон изменения скоростей холостого перемещения варьируется в пределах от 60 до 200 м/мин. Естественно, такой темп не предназначен для резки. Скорость резания в разы ниже холостого перемещения и зависит от мощности лазерного излучателя.

Большие режимы скорости холостого хода необходимы при длине рабочих столов более 3 м, а также в том случае, когда большую часть движения в процессе изготовления детали необходимо осуществлять в режиме холостого перемещения без обработки, к примеру, при изготовлении отверстий по углам листа металла большого размера.

Критерии выбора

При поиске хорошего станка, следует знать, на какие параметры обращается внимание в первую очередь. Также важно определить, для каких целей покупается оборудование, это поможет сократить временные затраты в 2 раза.

• Первое, что учитывается – материал изготовления излучателя. Для этого необходимо знать фирмы, которые выпускают эту продукцию. В основном, стоит доверять только известным брендам, так как про них можно найти больше информации.
• Чтобы узнать производительность станка, уделяется внимание техническим характеристикам механических компонентов. Лучше покупать изделия с прочным корпусом и простым обслуживанием.
• Наличие заводской гарантии, а также качество изделий, которые присутствуют в комплекте.
• Удобство эксплуатации.
• Возможность работы с несколькими заготовками.
• Как долго можно использовать лазер за одно включение.

Большая часть компаний, которая производит подобное оборудование, располагается в КНР, США и Австрии. При этом длительность гарантии у всех разная, если максимальный срок на китайские приборы составляет до 2 лет, то у австрийских цифра в два раз больше.